直升机吊挂飞行能够不受地面交通条件和直升机货舱尺寸的限制,以独特的优势在军用和民用领域得到了广泛运用。然而,吊挂飞行中存在着复杂的飞行动力学耦合问题,严重影响其飞行安全。本文以直升机吊挂飞行中的耦合为核心展开系统研究,建立直升机吊挂飞行全耦合飞行动力学模型,定量分析吊挂飞行中的耦合特性,且在此基础上通过改造吊挂飞行的固有特性开展耦合重构研究,提高吊挂飞行的安全性。直升机与吊挂系统的全耦合飞行动力学模型是直升机吊挂飞行研究的基础。为此,首先建立了用于吊挂飞行的直升机飞行动力学模型,模型中集成了旋翼桨叶挥舞/摆振动力学模型、各部件气动模型、旋翼和尾桨入流模型以及机体动力学模型,并考虑了部件间的气动干扰和用于吊挂飞行建模的接口。然后,建立了主要由吊索和吊挂物组成的吊挂系统动力学模型,着重考虑了吊挂物的准定常和非定常气动建模。在此基础上针对直升机和吊挂系统的运动耦合、惯性耦合和气动耦合开展了吊挂飞行全耦合建模研究,建立了旋翼尾流对吊挂物的气动干扰模型,推导了多种情况下直升机和吊挂系统的耦合,建立了能够全面反映直升机吊挂飞行中突出问题的飞行动力学模型。通过将直升机以及直升机吊挂飞行的配平和频响特性计算值与飞行试验数据对比验证了所建立的模型。发展了一种针对飞行动力学系统中耦合的定量分析方法。提出了耦合特性定量分析参数,包括耦合作用的幅值特性和积分特性。幅值特性用于描述耦合作用的强弱,积分特性用于描述耦合作用引起的状态量发散/收敛的快慢。通过对直升机、吊挂系统以及直升机吊挂飞行的耦合特性分析发现:直升机运动模态中存在复杂的纵横向耦合,吊挂系统运动模态中存在横向摆动和吊挂物航向运动之间的耦合;直升机吊挂飞行运动模态中存在吊挂系统对直升机角运动的耦合以及直升机对吊挂系统摆动运动的耦合。在直升机吊挂飞行耦合特性分析的基础上系统开展了耦合重构研究,形成了一种吊挂飞行耦合重构的综合性方法,改善了吊挂飞行安全。采用显模型跟踪控制重构了直升机内部的耦合,增强了直升机的稳定性,同时具有良好的操纵性。然后通过引入垂直增稳小翼重构了吊挂系统横、航向运动的耦合,有效解决了吊挂物偏航阻尼不稳定的问题。最后采用延迟反馈方法和输入整形方法重构了吊挂系统摆动运动中直升机和吊挂系统之间的耦合,显著提升了摆动运动的收敛性。